DE1458330C3 - Use of a tough, precipitation hardenable, rustproof, chrome, nickel and aluminum containing steel alloy - Google Patents
Use of a tough, precipitation hardenable, rustproof, chrome, nickel and aluminum containing steel alloyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und 'aluminiumhaltigen Stahllegierung als Werkstoff für bestimmte Gegenstände, wie zusammengesetzte maschinenverarbeitete, geschweißte oder gelötete Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern.The invention relates to the use of a tough, precipitation hardenable, stainless, chrome, nickel and '' Aluminum-containing steel alloy as a material for certain items, such as compound machine-processed, welded or soldered parts of pressure vessels or missiles.
In dem eigenen älteren, nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag gemäß DE-AS 14 58 323 ist die Verwendung einer ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung, bestehend aus 7 bis 18% Chrom, 6 bis 12% Nickel, 0,5 bis 2,5% Aluminium, bis zu 1,0% Mangan, 0,002 bis 0,050% Kohlenstoff, bis zu 1,0% Silizium, 2,0 bis 6,5% Molybdän, bis zu 0,05% Stickstoff, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,015% Phosphor, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, als Werkstoff im ausgehärteten Zustand mit einer Mindestzugfestigkeit von 140,6 kg/mm2 und einer Zähigkeit, die 0,5 Allison-Parameter übersteigt, für Gegenstände wie Gestelle, Verkleidungen sowie andere Teile von Flugzeugen, Gehäuse für Motoren von Flugkörpern, Gehäuse von Raketen sowie anderer Druckgefäße, bei deren Verwendung Spannungen längs aller drei Achsen auftreten, Befestigungseinrichtungen, Flüssigkeitsventi-Ie und Ventilteile sowie Stahlgehäuse beschrieben.In its own older proposal according to DE-AS 14 58 323, which does not belong to the state of the art, the use of a precipitation-hardenable, rust-free, chromium, nickel and aluminum-containing steel alloy, consisting of 7 to 18% chromium, 6 to 12% nickel, 0.5 to 2.5% aluminum, up to 1.0% manganese, 0.002 to 0.050% carbon, up to 1.0% silicon, 2.0 to 6.5% molybdenum, up to 0.05% nitrogen, up to 0.010% sulfur, up to 0.015% phosphorus, the remainder iron with impurities from the melting process, as a material in the hardened state with a minimum tensile strength of 140.6 kg / mm 2 and a toughness that exceeds 0.5 Allison parameters, for objects such as Frames, fairings and other parts of aircraft, housings for missile engines, housings for rockets and other pressure vessels, when used, stresses occur along all three axes, fastening devices, liquid valves and valve parts and steel housings.
Die vorliegende Erfindung stellt nun eine weitere Ausgestaltung dieses Gegenstandes dar und betrifft die Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung des in der DE-AS 14 58 323 beschriebenen Typs, die 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,60% Silizium, bis zu 0,020% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstof, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen enthält, als Werkstoff für Gegenstände, die bei Raumtemperatur in ausgehärtetem Zustand eine Mindestzugfestigkeit von 149,0 kg/mm2 in der Längsund Querrichtung, eine Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge von mindestens 8% und eine Einschnürung von mindestens 29,3% aufweisen, wie zusammengesetzte maschinenverarbeitete, geschweißte oder gelötete Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern.The present invention now represents a further embodiment of this object and relates to the use of a tough, precipitation-hardenable, stainless, chromium, nickel and aluminum-containing steel alloy of the type described in DE-AS 14 58 323, the 11.5 to 13.5 % Chromium, 7.0 to 10.0% nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.50% molybdenum, up to 0.05% carbon, up to 0.50% manganese, up to Contains 0.60% silicon, up to 0.020% sulfur, up to 0.05% nitrogen, the remainder iron including impurities caused by the melting process, as a material for objects that have a minimum tensile strength of 149.0 kg / mm 2 in in the longitudinal and transverse direction, an elongation within 50.8 mm measuring length of at least 8% and a constriction of at least 29.3%, such as assembled machine-processed, welded or soldered parts of pressure vessels or missiles.
In der österreichischen Patentschrift 1 46 720 wird die Herstellung von Gefäßen aus rostfreiem Stahl, die der Einwirkung von Wasserstoff unter Druck bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden, beschrieben. Der Stahl, aus dem die Gefäße hergestellt werden, ist auf eine Höchstmenge von 0,2% der Summe von Kohlenstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel beschränkt. Vorzugsweise soll der Phosphorgehalt 0,025%, der Schwefelgehalt 0,07% und der Kohlenstoffgehalt 0,09% nicht übersteigen. Ein Aluminiumgehalt wird zwar in Betracht gezogen, es wird jedoch festgestellt, daß dieser unter 0,5%, vorzugsweise unter 0,02%, liegen sollte. Der in dieser österreichischen Patentschrift beschriebene Stahl ist besonders durch eine nichtmetallische Korngrenzensubstanz ausgezeichnet, die von den im Gefäß behandelten Gasen nicht angegriffen wird und daher auch die Auflösung der Korngrenzensubstanzen und damit eine Lockerung des Gefüges der Metallmasse verhindert. Der genannten österreichischen Patentschrift ist jedoch nicht zu entnehmen, daß der in ihr beschriebene Stahl durch eine Ausscheidungshärtungbehandlung härtbar ist.In the Austrian patent 1 46 720 the production of stainless steel vessels, which the Exposure to hydrogen under pressure at elevated temperature is described. The Steel, from which the vessels are made is limited to a maximum of 0.2% of the sum of carbon, Limited to oxygen, phosphorus and sulfur. The phosphorus content should preferably be 0.025% and the sulfur content 0.07% and the carbon content does not exceed 0.09%. An aluminum content is taken into account drawn, but it is found that this should be below 0.5%, preferably below 0.02%. The in The steel described in this Austrian patent is particularly characterized by a non-metallic grain boundary substance excellent, which is not attacked by the gases treated in the vessel and therefore also the dissolution of the grain boundary substances and thus a loosening of the structure of the metal mass prevented. However, the aforementioned Austrian patent does not indicate that the in her steel described is hardenable by a precipitation hardening treatment.
Aus der US-Patentschrift 25 05 763 ist ein chrom-, nickel- und aluminiumhaltiger Stahl bekannt, der sich hinsichtlich seiner Legierungsbestandteile mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl geringfügig überschneidet. Er besteht in der Hauptsache aus 12 bis 19% Chrom und 5 bis 10% Nickel, das einzige Beispiel dieser Patentschrift enthält 0,07% Kohlenstoff, 16,7% Chrom, 7,3% Nickel, 1,0% Aluminium, 0,6% Silizium, 0,4% Mangan, 0,015% Schwefel und Phosphor, Rest Eisen. Der bekannte Stahl kann Molybdän in einer Menge von bis zu etwa 3,0% enthalten, wenn die Korrosionsbeständigkeit des Stahles erhöht werden soll, wenn Molybdän zugegeben wird, so ersetzt es das Chrom in einem Verhältnis von 1 :1. Von besonders ausgeprägten Zähigkeits- und Duktilitätseigenschaften des in dieser Patentschrift beschriebenen Stahls ist darin nicht die Rede. Der einzige darin angegebene Wert für die prozentuale Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge liegt bei nur 6%, die einzige Angabe über die prozentuale Einschnürung bei dem bekannten Stahl zeigt einen Wert von nur 21%, während in bezug auf die Zähigkeit in dieser Patentschrift überhaupt keine Angaben zu finden sind.From US Patent 25 05 763 a chromium, nickel and aluminum-containing steel is known which slightly with regard to its alloy components with the steel to be used according to the invention overlaps. It consists mainly of 12 to 19% chromium and 5 to 10% nickel, the only example this patent contains 0.07% carbon, 16.7% chromium, 7.3% nickel, 1.0% aluminum, 0.6% silicon, 0.4% manganese, 0.015% sulfur and phosphorus, the remainder iron. The well-known steel can contain molybdenum in a Amount of up to about 3.0% if the corrosion resistance of the steel is increased if molybdenum is added, it replaces the chromium in a ratio of 1: 1. Of special It contains pronounced toughness and ductility properties of the steel described in this patent specification not the talk. The only value given therein for the percentage elongation within 50.8 mm measuring length is only 6%, the only information about the percentage constriction in the case of the known steel shows a value of only 21%, while for toughness in this patent no Information can be found.
Das gleiche gilt für die US-Patentschriften 29 58 617 und 29 58 618, aus denen Verfahren zur Härtung von chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stählen bekannt sind. Das Konditionieren erfolgt bei diesen bekannten Verfahren bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Die aus der nachveröffentlichten US-Patentschrift 31 51 978 bekannten aushärtbaren, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen rostfreien Stähle enthalten beträchtliche Mengen an Kohlenstoff neben Schwefel und Stickstoff und sind aus diesem Grunde für die Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, bei der es auf eine große Zähigkeit neben einer großen Festigkeit ankommt, nicht geeignet. Bei den aus der im Prioritätsintervall veröffentlichten US-Patentschrift 31 31 055 bekannten chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen, rostfreien Stählen fehlt jeder Hinweis auf einen etwaigen Stickstoffgehalt. Über den Schwefelgehalt dieser bekannten Stähle werden nur unklare Angaben gemacht. Auch ist dieser Patentschrift nicht zu entnehmen, daß die bekannten Stähle die an sich ungewöhnliche Kombination von guter Zähigkeit und Festigkeit aufweisen. Die aus der ebenfalls im Prioritätsintervall veröffentlichten US-Patentschrift 31 17 861 bekannten aushärtbaren, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen, rostfreien Stähle enthalten neben Schwefel und Stickstoff eine beträchtliche Menge an Kohlenstoff, so daß aus der Zusammensetzung der bekannten Stähle nicht darauf geschlossen werden kann, daß man Stähle des beschriebenen Typs dann erhält, wenn man den Kohlenstoff-, Schwefel- und Stickstoffgehalt auf einem jeweils kritisch niedrigen Wert hält.The same applies to US Patents 29 58 617 and 29 58 618, from which processes for the hardening of chromium, nickel and aluminum-containing steels are known. Conditioning takes place in these known ones Procedure at relatively low temperatures. Those from the postpublished US patent 31 51 978 known hardenable, chromium, nickel and aluminum-containing stainless steels contain considerable amounts Amounts of carbon besides sulfur and nitrogen and are therefore essential for the solution the object underlying the present invention, in which there is a great toughness in addition to a great strength is important, not suitable. In the case of the US patent published in the priority interval 31 31 055 well-known stainless steels containing chrome, nickel and aluminum are missing any information for any nitrogen content. About the sulfur content of these well-known steels will only be unclear information provided. Also this patent does not indicate that the known steels to exhibit an unusual combination of good toughness and strength. The one from the also in the Priority interval published US Patent 31 17 861 known curable, chrome, nickel and In addition to sulfur and nitrogen, stainless steels containing aluminum contain a considerable amount of Carbon, so that it cannot be inferred from the composition of the known steels can that you get steels of the type described, if you get the carbon, sulfur and Keeps nitrogen content at a critically low level.
Es hat sich nun gezeigt, daß eine Stahllegierung der eingangs angegebenen Zusammensetzung sich besonders gut eignet als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen, bei denen es entweder beim Gebrauch oder bei ihrer Weiterverarbeitung auf große Zähigkeit bei gleichzeitig großer Festigkeit ankommt. Dies gilt insbesondere für die hartgelöteten oder geschweißten Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern, die im ausgehärteten Zustand bei Raumtemperatur eine Mindestzugfestigkeit von 149,0 kg/mm2 in der Längsund Querrichtung, eine Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge von mindestens 8% und eine Einschnürung von mindestens 29,3% aufweisen müssen. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl ist leicht walzbar und zu vielen flachgewalzten und anderen Erzeugnissen, insbesondere zu Grobblech, Blech, Band, Stäben, Stangen und Draht verarbeitbar. Er besitzt eine derart ausgewogene Zusammensetzung, daß er sogar bei extrem kaltem Wetter ohne vorzeitige Härtung über weite Strecken versandt werden kann; ferner läßt er sich sehr leicht unter Biegen, Pressen, Strecken, Schneiden, Bohren u.dgl. und unter Nieten, Hartlöten, Schweißen u. dgl. verarbeiten. Der Stahl und die daraus gefertigten Erzeugnisse können durch Ausfällungshärtung bei mäßigen Temperaturen zu einer gewünschten Kombination mechanische Eigenschaften, insbesondere hoher Festigkeit zusammen mit guter Duktilität und Zähigkeit und guter Kerbschlagzähigkeit, ausgehärtet werden.It has now been shown that a steel alloy of the composition specified at the outset is particularly well suited as a material for the production of objects in which, either in use or in their further processing, great toughness and, at the same time, great strength are important. This applies in particular to the brazed or welded parts of pressure vessels or missiles, which in the hardened state at room temperature have a minimum tensile strength of 149.0 kg / mm 2 in the longitudinal and transverse directions, an elongation within 50.8 mm of measuring length of at least 8% and a constriction of at least 29.3%. The steel to be used according to the invention is easy to roll and can be processed into many flat-rolled and other products, in particular into heavy plate, sheet metal, strip, rods, rods and wire. It has such a balanced composition that it can be shipped over long distances without premature curing, even in extremely cold weather; Furthermore, it can be processed very easily by bending, pressing, stretching, cutting, drilling and the like, and by riveting, brazing, welding and the like. The steel and the products made from it can be hardened by precipitation hardening at moderate temperatures to a desired combination of mechanical properties, in particular high strength together with good ductility and toughness and good notched impact strength.
Ein erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,60% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, bis zu 0,005% Bor, bis zu 0,10% Titan und zum Rest aus Eisen.A steel to be used preferably according to the invention consists of 11.5 to 13.5% chromium, 7.0 to 10.0% Nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.50% molybdenum, up to 0.05% carbon, up to 0.50% Manganese, up to 0.60% silicon, up to 0.040% phosphorus, up to 0.010% sulfur, up to 0.05% nitrogen, up to 0.005% boron, up to 0.10% titanium and the remainder iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, 0,02 bis 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,40% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,005% Schwefel, bis zu 0,01 % Stickstoff und zum Rest aus Eisen.Another steel to be used with preference according to the invention consists of 11.5 to 13.5% chromium, 7.0 to 10.0% nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.50% molybdenum, 0.02 to 0.05% carbon, up to 0.40% Manganese, up to 0.50% silicon, up to 0.040% phosphorus, up to 0.005% sulfur, up to 0.01% nitrogen and the Remainder of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11.5 bis 13% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis ;-.u 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, und zum Rest aus Eisen.Another steel that is preferably to be used according to the invention consists of 11.5 to 13% chromium, 7.5 to 9.0% nickel, 1% aluminum, 2 to 2.5% molybdenum, up to 0.04% carbon, up to; -. U 0.50% manganese, up to 0.50% silicon, up to 0.015% sulfur, up to 0.05% nitrogen, and the rest of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,04% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.Another steel to be used preferably according to the invention consists of 12.5 to 13.5% chromium, 7.5 to 9.0% nickel, 1% aluminum, 2.0 to 2.5% molybdenum, up to 0.04% carbon, up to 0.50% manganese, up to 0.50% silicon, up to 0.015% sulfur, up to 0.04% nitrogen and the rest of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, 0,02 bis 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zuAnother steel to be used preferably according to the invention consists of 12.5 to 13.5% chromium, 7.5 to 9.0% nickel, 1% aluminum, 2.0 to 2.5% molybdenum, 0.02 to 0.04% carbon, up to 0.50% manganese, up to
0,50% Silizium, bis zu 0,010% Schwefel bis zu 0,03% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.0.50% silicon, up to 0.010% sulfur, up to 0.03% nitrogen and the rest of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11.5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,10% Mangan, bis.zu 0,10% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,010% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.Another steel that is preferably to be used according to the invention consists of 11.5 to 13.5% chromium, 7.0 to 10.0% nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.5% molybdenum, up to 0.04% carbon, up to 0.10% Manganese, up to 0.10% silicon, up to 0.015% sulfur, up to 0.010% nitrogen and the rest of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.Another preferred to be used according to the invention Steel consists of 11.5 to 13.5% chromium, 7.0 to 10.0% nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.50% Molybdenum, up to 0.05% carbon, up to 0.040% phosphorus, up to 0.010% sulfur, up to 0.05% Nitrogen and the rest of iron.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht schließlich aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 9,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,020% Schwefel, bis zu 0,04% Stickstoff und zum Rest aus Eisen. Ein derartiger, bevorzugt zu verwendender Stahl besitzt im ausgehärteten Zustand eine äußerst ausgeglichene Festigkeit in der Längsrichtung, in der kürzeren Querrichtung (Richtung der Dicke) und in der längeren Querrichtung (in Richtung der Breite), wie nachstehend näher ausgeführt wird.Another steel to be used preferably according to the invention finally consists of 11.5 to 13.5% Chromium, 7.0 to 9.0% nickel, 0.5 to 1.5% aluminum, 1.75 to 2.50% molybdenum, up to 0.05% carbon, up to 0.50% manganese, up to 0.50% silicon, up to 0.040% phosphorus, up to 0.020% sulfur, up to 0.04% Nitrogen and the rest of iron. Such a steel, which is preferably to be used, has hardened Condition an extremely balanced strength in the longitudinal direction, in the shorter transverse direction (Direction of thickness) and in the longer transverse direction (in the direction of width), as detailed below is performed.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann in üblicher Weise im elektrischen Lichtbogenofen oder im Induktionsofen hergestellt werden, wobei es sich um ein Schmelzen an der Luft oder Schmelzen bei Atmosphärendruck handelt. Gegebenenfalls kann der Stahl auch z. B. in einem elektrischen Induktionsofen unter Vakuum geschmolzen werden. Er kann auch nach einem Doppelschmelzverfahren hergestellt werden; hierbei wird der Stahl zunächst bei Atmosphärendruck im elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen, worauf die Schmelze zu Elektroden vergossen wird und diese dann unter Vakuum umgeschmolzen werden. Ein weiteres Doppelschmelzverfahren besteht darin, daß man zuerst im Vakuuminduktionsofen schmilzt, die erhaltene Stahlschmelze zu Aufbrauchelektroden vergießt, die dann unter Vakuum erneut geschmolzen werden.The steel to be used according to the invention can be used in the usual way in the electric arc furnace or in Induction furnaces can be manufactured, which is melting in air or melting at atmospheric pressure acts. Optionally, the steel can also, for. B. in an electric induction furnace Vacuum melted. It can also be made by a double melt process; here the steel is first melted in an electric arc furnace at atmospheric pressure, whereupon the Melt is poured into electrodes and these are then remelted under vacuum. Another one The double melting process consists in first melting the obtained material in a vacuum induction furnace Molten steel is poured into consumable electrodes, which are then melted again under vacuum.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl wird zu Brammen, Blöcken und Barren vergossen und zu Platten, Blechen, Streifen, Stäben, Stangen, Draht u. dgl. warmgewalzt. Der Stahl läßt sich im Walzwerk gut verformen.The steel to be used according to the invention is cast into slabs, blocks and bars and then closed Plates, sheets, strips, rods, bars, wire and the like are hot-rolled. The steel works well in the rolling mill deform.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl in Form von Halbzeug wird zur Weiterverarbeitung in warmgewalztem und geglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühung bei 816-1149°C, geliefert. In diesem Zustand ist der Stahl martensitisch. Die Härte liegt in der Größenordnung von Rockwell C27-35. Gegebenenfalls kann natürlich die Glühung oder Lösungsglühung auch vom Weiterverarbeiter durch Erhitzen auf etwa 816- 1149°C durchgeführt werden. Inder Regel ist eine Erhitzung auf etwa 927°C, wobei die Erhitzungsdauer von der Dicke abhängt, ausreichend.The steel to be used according to the invention in the form of semi-finished products is hot-rolled for further processing and annealed condition, d. H. after annealing at 816-1149 ° C. In this condition the steel is martensitic. The hardness is on the order of Rockwell C27-35. Possibly Of course, annealing or solution annealing can also be carried out by the processor by heating to about 816-1149 ° C. Usually one is Heating to about 927 ° C, the heating time depending on the thickness, is sufficient.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann, falls gewünscht, in Form von Schmiedebarren oder warmgewalzten Platten geliefert werden. Er kann auch im kaltgewalzten Zustand, d. h. in Form kaltgewalzter und geglühter Bleche, Streifen, Stäbe, Stangen od. dgl. oder in Form von kaltgezogenem Draht geliefert werden. Auch hier liegt natürlich der Stahl in martensitischem Zustand vor. Die Härte des kaltgewalzten oder kaltgezogenen Metalls liegt in der Größenordnung von Rockwell C35-40. Der Stahl kann maschinell bearbeitet werden, z. B. durch Schneiden, Bohren, Gewindebohren und Gewindeschneiden. Der Stahl kann hartgelötet oder geschweißt werden. Er eignet sich besonders zur Herstellung von Teilen von Überschallflugzeugen, insbesondere für die Rippen, Gelenkstücke, Stützen od. dgl. Ebenso eignet er sich für die Verkleidung von Flugzeugen, als Gehäuse von Geschossen, Raketen, sowie zur Herstellung von Druckkesseln und Druckbehältern, wo Spannungen längs allen drei Hauptachsen auftreten.The steel to be used according to the invention can, if desired, be in the form of forging bars or hot-rolled plates can be supplied. It can also be used in the cold-rolled state, i.e. H. in the form of cold rolled and annealed sheets, strips, rods, rods or the like. Or in the form of cold-drawn wire will. Here too, of course, the steel is in a martensitic state. The hardness of the cold rolled or cold drawn metal is on the order of Rockwell C35-40. The steel can machined, e.g. B. by cutting, drilling, tapping and thread cutting. Of the Steel can be brazed or welded. It is particularly suitable for the production of parts of Supersonic aircraft, in particular for the ribs, joints, supports or the like. It is also suitable for the cladding of aircraft, as housings for projectiles, missiles, and for the production of Pressure vessels and vessels where stresses occur along all three main axes.
Im Zuge seiner Verarbeitung wird der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl einer Ausscheidungshärtung oder Härtung unterworfen. Eine bloße Erhitzung auf eine Temperatur von 482 -6210C ergibt die gewünschte Aushärtung. In der Regel empfiehlt sich eine mehrstündige Erhitzung auf etwa 510 —566°C. Insbesondere ergibt eine lstündige oder längere Erhitzung auf 510°C und Abkühlung in Luft, öl oder Wasser günstige Ergebnisse, wobei die erzielte Härte etwa Rockwell C40-50 beträgt.In the course of its processing, the steel to be used according to the invention is subjected to precipitation hardening or hardening. A mere heating at a temperature of 482 -621 0 C results in the desired hardening. As a rule, several hours of heating to around 510-566 ° C is recommended. In particular, heating to 510 ° C. for 1 hour or longer and cooling in air, oil or water gives favorable results, the hardness achieved being approximately Rockwell C40-50.
Gegebenenfalls, z. B. wenn der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl den Teil eines Gegenstandes bildet und die anderen in diesem Gegenstand enthaltenen Metalle sich im austenitischen oder halbaustenitischen Zustand befinden und durch eine einzige Erhitzung nicht direkt aushärtbar sind, härtet der Stahl leicht aus, wenn der ganze Gegenstand einer Umwandlungsbehandlung und anschließend einer Härtungsbehandlung unterworfen wird. Die Umwandlungsbehandlung besteht in einer Erhitzung auf 704-954°C und anschließender Abkühlung auf eine Temperatur zwischen etwa 15,6 und — 1200C Die Dauer der Erhitzung und Abkühlung ist nicht kritisch. Wird bei der Herstellung eines Gegenstandes eine Hartlötung durchgeführt, so kann diese als Teil der Hitzebehandlung angesehen werden, wenn man eine Hartlötlegierung mit einem Fließpunkt von etwa 871-10930C wählt und die Hartlötung vorzugsweise bei einer Temperatur von 982-1093°C durchführt. Anschließend an die Hartlötung wird der Gegenstand auf etwa 927°C abgekühlt und etwa 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Das gewährleistet die größere Zähigkeit, die eine Folge der Erhitzung des Stahls auf Temperaturen im oberen Teil des Bereiches von 704-954° C ist.Optionally, e.g. B. if the steel to be used according to the invention forms part of an object and the other metals contained in this object are in the austenitic or semi-austenitic state and cannot be hardened directly by a single heating, the steel hardens easily when the entire object undergoes a conversion treatment and then subjected to a hardening treatment. The conversion treatment consists in heating to 704-954 ° C and subsequent cooling to a temperature between about 15.6 and - 120 0 C. The duration of the heating and cooling is not critical. Carrying out a brazing in the manufacture of an object, so it can be considered part of the heat treatment, if one chooses a brazing alloy having a melting point of about 871-1093 0 C, and the brazing is preferably carried out at a temperature of 982-1093 ° C. Following the brazing, the object is cooled to about 927 ° C. and held at this temperature for about 30 minutes. This ensures the greater toughness, which is a result of heating the steel to temperatures in the upper part of the range of 704-954 ° C.
Unabhängig von der Herstellung des Stahls wird er durch erneutes Erhitzen auf etwa 482 — 621°C und Abkühlung in Luft, öl oder Wasser auf seine endgültige Härte gebracht. In der Regel erzielt man durch lstündiges oder längeres Erhitzen auf 5100C und Abschrecken die gewünschten Ergebnisse. Auch hier beträgt die Rockwell-Härte etwa C40-50.Regardless of how the steel is made, it is brought to its final hardness by reheating it to around 482 - 621 ° C and cooling it in air, oil or water. As a rule, achieved by lstündiges or prolonged heating at 510 0 C and quenching the desired results. Here, too, the Rockwell hardness is around C40-50.
Im ausscheidungsgehärteten oder gehärteten Zustand zeichnet sich der Stahl durch eine Kombination von Festigkeit mit Duktilität aus. Diese Eigenschaften besitzt er sowohl längs als auch quer. Bei dem bevorzugten Stahl, d. h. bei dem Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoff-, Schwefel- und Stickstoffgehalt, sind die Werte für die Festigkeit und Duktilität entlang aller drei Achsen etwa gleichmäßig ausgeglichen.In the precipitation hardened or hardened state, the steel is characterized by a combination of Strength with ductility. It has these properties both lengthways and crossways. In which preferred steel, d. H. in the case of steel with a particularly low carbon, sulfur and nitrogen content, the values for strength and ductility are roughly evenly balanced along all three axes.
Als typisches Beispiel für einen erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl werden in den nachstehenden Tabellen I (a) und I (b) die chemische Zusammensetzung eines im elektrischen Lichtbogenofen erschmolzenen j Stahls sowie dessen typische mechanische Eigenschaf- \ ten in der Längsrichtung, der kurzen Querrichtung und j der langen Querrichtung für zwei verschiedene Alterungszustände angegeben: jAs a typical example of the present invention to use steel in the following tables I (a) and I (b) the chemical composition of a melted in an electric arc furnace j steel and its typical mechanical Eigenschaf- \ be ten in the longitudinal direction, the short transverse direction and j the long transverse direction given for two different aging conditions: j
7 87 8
Typischer, an der Luft geschmolzener, erfindungsgemäß gehärtet zu verwendender Stahl: Chemische AnalyseTypical steel melted in the air and hardened according to the invention to be used: chemical analysis
MnMn
SiSi
CrCr
AlAl
MoMon
FeFe
0,400.40
0,0200.020
max. 0,020max. 0.020
max. 0,30max. 0.30
12,7512.75
1,001.00
2,152.15
Restrest
0.030.03
Die mechanischen Eigenschaften von zwei Stahlpro- Tabelle I (b) angegeben, und zwar für 2 verschiedene ben, d.h. die Zugfestigkeit, die Streckfestigkeit, die io Querschnitte (76χ 102 mm und 25χ 102 mm) bei verDehnung, die Einschnürung und die Härte, sind in schiedenen Wärmebehandlungsbedingungen.The mechanical properties of two steel pro- Table I (b) are given for 2 different ones ben, i.e. the tensile strength, the yield strength, the io cross-sections (76χ 102 mm and 25χ 102 mm) when stretched, the necking and the hardness are in different heat treatment conditions.
Mechanische Eigenschaften des Stahls von Tabelle l(a)Mechanical properties of the steel from table l (a)
*) RH-950 = 954°C während 10 Minuten, Luftkühlung, -73°C 8 Stunden, luftwarm; 5100C während 1 Stunde. Luftkühlung.
**) Zerreißproben an Unterlängen — 25 mm Länge.*) RH-950 = 954 ° C for 10 minutes, air cooling, -73 ° C for 8 hours, air warm; 510 0 C for 1 hour. Air cooling.
**) Tensile tests on shorter lengths - 25 mm in length.
***) Hartlötzyklus = längsame Erhitzung auf 885°C 10 Minuten, Abkühlung auf 538°C in 45 Minuten. Luftkühlung. Wiedererhitzung auf 4820C während 1 Stunde und Luftkühlung.***) Brazing cycle = slow heating to 885 ° C for 10 minutes, cooling to 538 ° C in 45 minutes. Air cooling. Reheating to 482 ° C. for 1 hour and air cooling.
Die chemische Zusammensetzung und die mechani- erschmolzen wurden, sind in den Tabellen II (a), II (b)The chemical composition and which were mechanically melted are in Tables II (a), II (b)
sehen Eigenschaften in der langen Querrichtung (Breite) und II (c) angegeben, wobei die Tabelle II (c) nur einensee properties in the long transverse direction (width) and II (c) indicated, with Table II (c) only one
von zwei erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen, Stahl mit etwas kleinerem Probenquerschnitt alsof two steels to be used according to the invention, steel with a sample cross-section that is slightly smaller than
die im elektrischen Induktionsofen an der Luft 35 diejenigen von Tabelle II (b) veranschaulicht.which in air induction electric furnace 35 illustrates those of Table II (b).
Tabelle Il(a)Table II (a)
Zwei gehärtete, an der Luft erschmolzene Stähle: Chemische ZusammensetzungTwo hardened, air-melted steels: Chemical composition
039099039043
039099
0,0340.034
0.034
0,350.47
0.35
0,0100.010
0.010
0,0160.015
0.016
0,350.40
0.35
12,7412.82
12.74
7,837.76
7.83
2,202.13
2.20
0,921.07
0.92
0,030.03
0.03
Tabelle II(b)Table II (b)
Mechanische Eigenschaften der Stähle von Tabelle Il(a) mit mittlerem QuerschnittMechanical properties of the steels from Table II (a) with medium cross-section
Schmelzemelt
Größesize
Richtungdirection
Zugfestigkeit kg/mm2 Tensile strength kg / mm 2
0,2%-Streckgrenze kg/mm2 0.2% yield strength kg / mm 2
% Dehnung in 25 mm% Elongation in 25 mm
% Einschnürung % Constriction
Zustand:Condition:
1 Stunde auf 10380C - Wasserkühlung + 954°C während 30 Minuten, Luftkühlung + (innerhalb 24 Stunden) -73°C 8 Stunden1 hour at 1038 0 C - water cooling + 954 ° C for 30 minutes, air cooling + (24-hour) -73 ° C for 8 hours
+ 51O0C 1 Stunde, Luftkühlung.+ 51O 0 C 1 hour, air cooling.
Tabelle II(c)Table II (c)
Mechanische Eigenschaften eines Stahls von Tabelle II(a) mit kleinerem ProbenquerschnittMechanical properties of a steel from Table II (a) with a smaller sample cross-section
Schmelzemelt
Größesize
Richtungdirection
Zugfestigkeit kg/mm2 Tensile strength kg / mm 2
0,2%-Streckgrenze kg/mm2 0.2% - yield point kg / mm 2
% Dehnung in 25 mm% Elongation in 25 mm
% Einschnürung % Constriction
Zustand: Genau wie in Tabelle ll(b). Condition: Exactly as in Table II (b).
12x102 mm Längsr. 156,012x102 mm lengthways 156.0
Querrichtung 158,0Cross direction 158.0
140,0 140.0140.0 140.0
11.0 11,0 11.0 11.0
37,8 39.037.8 39.0
Aus den Daten in den Tabellen II (b) und II (c) ergibt sich, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle nicht nur Zugfestigkeiten von 154,0—161,0 kg/mm2 aufweisen, sondern auch duktil sind, wobei die Dehnungswerte in Abschnitten von 25 mm etwa 8,7—11% und die Werte für die Einschnürung etwa 31 -39% betragen. Insbesondere sei bemerkt, daß der Stahl mit einem flacheren Querschnitt, wie er in Tabelle II (c) angegeben ist, eine etwas gleichmäßigere Festigkeit und Duktilität aufweist, wobei die Festigkeit in derThe data in Tables II (b) and II (c) show that the steels to be used according to the invention not only have tensile strengths of 154.0-161.0 kg / mm 2 , but are also ductile, the elongation values in Sections of 25 mm are about 8.7-11% and the values for the constriction are about 31-39%. In particular, it should be noted that the steel with a flatter cross-section, as shown in Table II (c), has somewhat more uniform strength and ductility, the strength being in the
1010
Querrichtung 156,8-158,2 kg/mm2, die Dehnung 11% und die Einschnürung etwa 37,8 — 39% beträgt.Transverse direction 156.8-158.2 kg / mm 2 , the elongation 11% and the constriction about 37.8-39%.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl besitzt ausgezeichneten Spannungsrißkorrosionswiderstand, sogar bei Einwirkung salzhaltiger Atmosphären. Proben des Stahls wurden direkt der Seeluft ausgesetzt und mi; einem ähnlichen ausscheidungsgehärteten Stahl verglichen, dessen Spannungsrißkorrosionswiderstand als gui angesehen wurde. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen III (a)und III (b) angegeben:The steel to be used according to the invention has excellent resistance to stress corrosion cracking, even when exposed to salty atmospheres. Samples of the steel were exposed directly to the sea air and mi; compared to a similar precipitation hardened steel, its stress corrosion cracking resistance as gui was viewed. The results are given in Tables III (a) and III (b) below:
Tabelle lll(a)Table III (a)
Spannungsrißkorrosionsvergleiche — an der Luft geschmolzener erfindungsgemäß zu verwendender Stahl verglichen mit an der Luft geschmolzenem PH15-7IV1o Stahl (15% Chrom, 7% Nickel, 1% Aluminium, 2% Molybdän, Rest Eisen) — getestet wurden gebogene T-Träger, direkt der Seeluft ausgesetzt.Stress corrosion cracking comparisons - air-melted steel to be used in accordance with the invention compared with PH15-7IV1o steel melted in the air (15% chromium, 7% nickel, 1% aluminum, 2% molybdenum, Remainder iron) - curved T-beams exposed directly to the sea air were tested.
Chemische ZusammensetzungChemical composition
gemäß zu ver
wendender Stahl
039033*)Invention
according to ver
turning steel
039033 *)
57885**)
56254**)PH15-7MO
57885 **)
56254 **)
0,0750.072
0.075
0,600.69
0.60
0,0210.018
0.021
0,0060.012
0.006
0,260.26
0.26
15,1415.04
15.14
7,207.18
7.20
2,222.28
2.22
1,251.18
1.25
0,030.03
0.03
Restrest
rest
*) Schmelze im Induktionsofen.
**) Schmelze im elektrischen Lichtbogenofen.*) Melt in the induction furnace.
**) Melt in the electric arc furnace.
Tabelle lll(b)Table III (b)
Spannungsrißkorrosionsvergleiche der Stähle von Tabelle III(a). Durchschnitte von jeweils 5 TestsStress corrosion cracking comparisons of the steels of Table III (a). Averages of 5 tests each
Schmelzemelt
Richtungdirection
ZustandState
Zugfestigkeit
kg/mm2 tensile strenght
kg / mm 2
Erfindungsgemäßer Stahl
039099*) querSteel according to the invention
039099 *) across
039099 längs039099 lengthways
*) 0,63 mm dick — alle anderen Proben 1,27 mm dick.*) 0.63 mm thick - all other samples 1.27 mm thick.
**) BCHT 900 = Erhitzung auf 913°C — 15 Minuten Verweilzeit. Abkühlung auf 538°C in 30 Minuten, Luftkühlung auf Raumtemperatur. -730C während 8 Stunden, Luft warm. 482"C während 8 Stunden, Luftkühlung.**) BCHT 900 = heating to 913 ° C - 15 minutes residence time. Cooling to 538 ° C in 30 minutes, air cooling to room temperature. -73 0 C for 8 hours, air warm. 482 "C for 8 hours, air cooling.
"*) RH 950 = 954°C während 10 Minuten, Luftkühlung. -73°C während 8 Stunden, Luft warm. 5100C während 1 Stunde, Luftkühlung. "*) RH 950 = 954 ° C for 10 minutes, air cooling. -73 ° C for 8 hours, air warm. 510 0 C for 1 hour, air cooling.
Aus den in Tabelle III (b) angegebenen Korrosionstests geht deutlich hervor, daß der Spannungsrißkorrosionswiderstand des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls wesentlich besser ist als die des bekannten PH 15-7Mo-Stahls, dessen entsprechende Eigenschaften allgemein als gut angesehen werden. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäß verwendbare Stahl, verglichen mit dem bekannten Stahl, eine größere Gleichmäßigkeit des Spannungskorrosionsverhaltens in den beiden getesteten Richtungen zeigte.It is clear from the corrosion tests given in Table III (b) that the stress corrosion cracking resistance of the steel to be used according to the invention is significantly better than that of the known PH 15-7Mo steel, the properties of which are generally considered to be good. It is special pointed out that the steel which can be used according to the invention, compared with the known steel, a showed greater uniformity in stress corrosion behavior in the two directions tested.
Bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen erzielt man in ausscheidungsgehärtetem Zustand deshalb eine außergewöhnliche Verbesserung der Duktilität nebst einer großen Festigkeit, weil die Mangan-, Silicium-, Schwefel- und Stickstoffgehalte auf kritisch niedrigen Werten gehalten werden; hierbei soll der Mangangehalt 0,10%, der Siliciumgehalt 0,10% und der Schwefel- und der Stickstoffgehalt jeweils 0,005% nicht übersteigen. Auch der Kohlenstoffgehalt ist in diesem verbesserten Stahl niedrig und übersteigt 0,04% nicht.The steels to be used according to the invention are obtained in the precipitation-hardened state therefore an extraordinary improvement in ductility in addition to great strength, because the Manganese, silicon, sulfur and nitrogen contents are kept at critically low levels; here should the manganese content 0.10%, the silicon content 0.10% and the sulfur and nitrogen content each do not exceed 0.005%. The carbon content is also in this improved steel is low and does not exceed 0.04%.
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